电子科技大学-雷达原理XXXX课件

1、雷达原理讲义 江朝抒2012年8月雷达原理主要内容绪论雷达发射机雷达接收机雷达终端显示和录取设备雷达作用距离第一章第一章 绪论绪论雷达的任务什么是雷达RADAR：Radio Detection and Ranging辐射电磁波目标反射接收目标回波目标回波携带目标的信息根据接收的回波进行目标检测与目标参数测量雷达的基本构成绪论雷达的基本构成发射机接收机显示器信号处理机噪声收发开关天线R目标距离的测量目标到雷达距离： PRI：脉冲重复间隔 tr：电磁波往返时间 雷达的距离分辨力为：绪论目标距离的测量ttrPRI目标回波噪声噪声目标回波噪声噪声噪声目标回波发射脉冲发射脉冲发射脉冲雷达波束与目标角位置

2、的测量目标回波最强的方向 雷达的角分辨力等于波束宽度D为天线孔径绪论目标角位置的测量t目标回波幅度0多普勒效应fr：接收信号频率ft：发射信号频率绪论目标径向速度的测量vtvr目标形状的测量fr：接收信号频率ft：发射信号频率距离分辨力：信号带宽角分辨力：天线孔径绪论目标形状的测量RR绪论雷达的工作频率频段频率 (MHz)UHF300-1,000L1,000-2,000S2,000-4,000C4,000-8,000X8,000-12,000Ku12,000-18,000K18,000-27,000Ka27,000-40,000mm40,000-300,000THz1000,000按战术来分（

3、军用雷达）预警雷达（地基、机载、天基）搜索和警戒雷达 引导和指挥雷达火控雷达制导雷达战场监视雷达无线电测高仪雷达引信绪论雷达的分类民用雷达气象雷达，航空管制雷达，交会对接雷达按信号形式常规脉冲雷达，脉冲压缩雷达，脉冲多普勒雷达，连续波雷达，噪声雷达按角跟踪方式单脉冲脉冲雷达，圆锥扫描雷达绪论雷达的分类按测量目标的参量测高雷达，两坐标雷达，三坐标雷达，测速雷达，目标识别雷达按信号处理的方式频率分集雷达，极化分集雷达，MTI雷达，SAR雷达按天线扫描的方式机械扫描雷达，相控阵雷达，频率扫描雷达绪论雷达的分类绪论雷达的历史与发展电磁波理论与电磁波的试验验证绪论雷达的历史与发展第一个雷达的实际应用Ch

4、ristian Huelsmeyer（德）在1904年用于检测船只 (距离为3km)绪论雷达的历史与发展二十世纪早期的技术进展与局限发射机(真空管) /天线/接收机（相干接收）局限：低工作频率低发射功率连续波低接收机灵敏度绪论雷达的历史与发展二次世界大战中的雷达德国海军海军用Freya雷达 陆基飞机检测雷达 工作频率：120 to 130 MHz 脉宽： 3us，PRF: 500 Hz 峰值功率： 15 to 20 kW 最大探测距离：100 nmi 建造数量：1000 安装于北海岸绪论雷达的历史与发展德国防空用Wurzburg雷达 工作频率：560 MHz 最大探测距离：25 nmi 距离分

5、辨力：100m 测角精度：0.2o被英军实施无源干扰被美军实施有源干扰绪论雷达的历史与发展英国Chain home雷达网络，近岸防空 工作频率 20 to 30 MHz 功率: 350 KW (后增至 750) PRF: 25 and 12.5 Hz 脉宽: 20 us 探测距离: 200 nmi绪论雷达的历史与发展二次大战中和大战后 微波雷达（1941，英美S/X波段雷达） PPI显示 超外差接收绪论现代雷达AN TPS-75v长程对搜索雷达(台空军东引岛)绪论现代雷达俄罗斯道尔M2E的搜索雷达可有效拦截飞机、直升机、巡航导弹、制导炸弹和无人机等中低空目标绪论现代雷达俄制对手-GE三坐标雷达

6、防空系统自动化控制系统和空中交通管制系统在高强度雷达对抗条件下，精确传送目标信息，为歼击机进行目 标指引。同时保障地面防空导弹营目标指示数据。最大测高距离200公里，能发现近太空近地轨道上的卫星目标。采用相控阵雷达天线，方向图扇区0-45度，超低旁瓣天线，能自动抗有源噪声干扰。绪论现代雷达APG-77机载雷达(用于F22)工作波段 X体制 AESA PD 波束锐化 SAR ISAR空对空模式：空空搜索与跟踪，空战机动ACM, RWS,VSR,STT,来袭群目标分辨，改善上视搜索，战情提示，气象探测，非合作识别等空对地模式：增强实波束地形测绘，扩展地形测绘，多普勒波束锐化（选用地图冻结），信标，

7、地面动目标跟踪，地面动目标显示空对海模式：海面目标探测，固定目标跟踪，海面动目标显示，海面动目标跟踪作用距离： 160英里（迎头目标大范围搜索）120英里(TWS模式，多目标跟踪)80英里(增强实波束测绘探测地面目标)40英里(用GMTI方式对陆地和海面目标)10英里(ACM自动锁定第1个目标)31英里（STT方式自动锁定第1个目标）跟踪目标数量：30(空中目标)，16（地面目标）绪论现代雷达中国炮瞄雷达绪论现代雷达美国炮瞄雷达绪论现代雷达雷神GBR绪论现代雷达雷神GBR绪论现代雷达AN FPS-85 相控阵空间监视雷达绪论现代雷达COSMO-SkyMed 雷达卫星绪论现代雷达美军天基雷达绪论

8、现代雷达美军SBX雷达绪论现代雷达长沙气象雷达站绪论现代雷达郑州机场雷达站绪论雷达面临的四大威胁 电子干扰压制式干扰，欺骗式干扰低空飞行器低空由于多径形成雷达盲区反辐射导弹隐身目标绪论习题简述雷达测距、测角和测速的基本原理；已知某常规脉冲雷达的发射信号脉宽为2s，求其距离分辨力；已知雷达的工作频率f0=9.5GHz，天线尺寸为1m0.5m，求该雷达的方位角分辨力和俯仰角分辨力。已知雷达工作频率为f0=3GHz，若一目标以1马赫（1马赫=1000ft/s，1ft=30.48cm）速度朝雷达飞行，则雷达收到的回波频率与发射频率之差（即目标的多普勒频率）为多少？已知f0=9.5GHz，天线尺寸为1m

9、0.5m（水平垂直），求雷达的方位角分辨力和俯仰角分辨力，设k=/4，求天线增益（用dB表示）。第二章第二章 雷达发射机雷达发射机功能 功能产生符合要求的波形调制到射频放大获得要求的发射功率类型单级振荡式、主振放大式雷达发射机组成单级振荡式发射机特点：简单、成本低频率稳定度差、难以实现脉间相参和复杂波形脉冲调制器大功率射频振荡器电源定时信号至天线TrTrTr雷达发射机组成主振放大式发射机特点：高频稳度、容易实现复杂波形和脉间相参固体微波源电源主控振荡器至天线中间功率放大器输出射频功率放大器定时器脉冲调制器脉冲调制器脉冲调制器射频放大链触发脉冲雷达发射机组成固态发射机集成微波功率器件、低噪声放大

10、器、固态发射或收发模块。体积小、重量轻、系统设计灵活多用于相控阵雷达雷达发射机主要技术指标工作频率或波段、带宽决定了发射管种类1GHz，多腔磁控管，大功率速调管，行波管和前向波管输出功率峰值（脉冲）功率Pt与平均功率Pav的关系：/Tr称为工作比或占空比。雷达发射机主要技术指标总效率发射机输出功率/总输入功率信号形式常规脉冲、脉冲压缩波形（含LFM和相位编码）、调频连续波信号的稳定度或频谱纯度信号的各参数（如幅度、频率、脉宽、脉冲重复频率）随时间的变化f0f0+1/1/Tr信号谱线离散型寄生谱线分布型寄生输出雷达发射机习题简述雷达发射机选择和设计时应考虑的主要因素。简述雷达发射机的主要功能。第

11、三章第三章 雷达接收机雷达接收机组成发射机接收机保护器收发开关天线LNA混频器中频放大器中频增益衰减线性放大器同步检波器对数放大器包络检波器相位检波器LCO视频放大器AGC中频滤波器近程增益控制STC稳定本振雷达接收机主要技术指标灵敏度接收机灵敏度定义为最小可检测信号功率Si,min，即接收机可以正常接收并检测信号的最小信号功率接收机灵敏度主要受噪声电平的限制发射脉冲噪声目标雷达接收机主要技术指标工作带宽接收机频率变化范围抗干扰性能：需要大带宽高灵敏度：窄带宽动态范围接收机正常工作容许的输入信号强度的变化范围 从Si,min-接收机过载时的输入信号功率中频的选择和滤波特性接收机中频的选择：取决

12、于发射波形、接收机工作带宽、前端器件性能滤波特性：匹配滤波雷达接收机主要技术指标工作稳定性及频率稳定度工作稳定性：当环境（含电源）发生变化时，接收机性能受影响的程度。频率稳定度（相参本振）：影响相参积累的性能抗杂波和干扰能力杂波抑制、频率捷变。微电子化和模块化结构雷达接收机接收机噪声接收机噪声热噪声：功率N0=kTBn，玻尔兹曼常数k，噪声温度T，噪声带宽Bn天线噪声：主要包括热噪声和宇宙噪声，当接收机电阻与天线辐射电阻匹配时，功率NA=kTABn等效噪声带宽：雷达接收机接收机噪声系数噪声系数与噪声温度噪声系数：N：接收机内部噪声在输出端呈现的功率等效噪声温度（Te）：将N等效为输入热噪声所产

13、生的输出，则雷达接收机接收机噪声系数级联电路的噪声系数NiF1,G1,BnSiF2,G2,BnS1N1N2S2雷达接收机接收机灵敏度接收机灵敏度 为识别系数，即接收机输出端的最小可检测信噪比雷达接收机接收机的高频部分与本振AFC接收机的高频部分主要包括收发开关、低噪放（高放），混频器等接收机本振的AFC控制电路锁相环（PLL）雷达接收机接收机的动态范围及控制电路接收机的动态范围自动增益控制（AGC）用于对目标的自动方向跟踪中频放大器包络检波视频放大器LPF峰值检波器UAGC雷达接收机接收机的动态范围及控制电路瞬时自动增益控制（IAGC）IAGC的主要作用：使干扰衰减而目标的增益不变干扰持续期为

14、n，目标脉冲宽度为则小时间常数电路的时间常数i设计为： i =(520)n中频放大器小时间常数电路控制电压放大器控制电压检波器Ec入出Ed雷达接收机灵敏度时间控制（STC）灵敏度时间控制（STC）STC的主要作用：抑制近程杂波和干扰干扰功率距离0控制电压距离0雷达接收机滤波和接收机带宽匹配滤波器在所有线性滤波器中，匹配滤波器的输出信噪比最大，为2E/N0常规矩形脉冲的匹配滤波器：匹配滤波器输出： 2E/N0=A2/N0实际中，只能实现近似匹配h(t)=s*(t0-t)s(t)+n(t)so(t)+no(t)雷达接收机接收机带宽的选择接收机带宽的选择警戒雷达 要求高灵敏度，但测距精度要求不高。带

15、宽选取为：射、中频带宽：BRI=Bopt+f;视频带宽：BvBopt/2跟踪雷达 要求波形失真小。总带宽选取为：Bo=25/雷达接收机习题说明雷达AGC、IAGC及STC在雷达接收机中的作用。 说明雷达接收机噪声的计算方法及其与接收机参数之间的关系。说明雷达接收机灵敏度的定义及其与接收机参数和识别系数之间的关系。说明匹配滤波器的原理及其在雷达接收机中的作用。第四章第四章 雷达终端显示和录取设备雷达终端显示和录取设备主要类型距离显示器A型显示器A/R型显示器J型显示器主波目标回波距离刻度主波目标回波RA主波目标回波目标回波雷达终端显示和录取设备主要类型平面显示器PPI显示器B型显示器雷达位置距离

16、方位角距离方位角0雷达终端显示和录取设备主要类型高度显示器（E显）综合显示器一次画面，二次画面仰角距离0高度距离0雷达终端显示和录取设备习题说明常用雷达显示器的类型及其图像的含义第五章第五章 雷达作用距离雷达作用距离雷达方程基本一次雷达方程 发射功率Pt ，全向发射距离R处的单位面积的功率为Pt /(4R2) 目标RCS为，目标反射的功率为 Pt/(4R2) 目标反射后回到雷达天线处的单位面积的功率为Pt/(4R2) 2雷达天线的接收功率为Si=PtAr/(4R2) 2， Ar为天线孔径面积考虑雷达发射天线增益为Gt，则雷达天线的接收功率为Si=PtGtAr/(4R2) 2，天线增益与天线孔径

17、面积之间的关系：G=4 A/2最大作用距离Rmax对应接收机灵敏度Si,min（即最小可检测信号）雷达作用距离雷达方程目标的雷达截面积（RCS） 目标的RCS由目标的后向散射系数0和目标的几何面积A确定。 目标的后向散射系数0定义为单位面积的RCS。 后向散射系数由雷达的工作频率、目标材料、形状、姿态角等因素共同确定。对双多基地雷达，采用目标的前向RCS和前向散射系数。雷达作用距离雷达方程接收机灵敏度（最小可检测信号Si,min） 与最小可检测信噪比有关。 最小可检测信噪比： 接收机噪声系数： M为识别系数，与发现概率和检测概率有关匹配接收机Si,minkT0BnFn识别系数M检波积累检测门限

18、雷达作用距离雷达方程用最小可检测信噪比表示的雷达方程考虑到系统损耗L和带宽校正银子CB(1)，雷达方程为：雷达作用距离门限检测检测方法与门限电平进行比较四种判断及其概率N-P准则： Pfa恒定， Pd达到最大目标回波噪声虚警门限电平描述名称概率关系有信号而判决为无信号漏警漏警概率 PlaPla+Pd=1有信号而判决为有信号发现发现概率 Pd无信号而判决为无信号正确不发现正确不发现概率 PanPan+Pfa=1无信号而判决为无信号虚警漏警概率 Pfa雷达作用距离检测性能与信噪比检测性能与信噪比虚警概率Pfa的计算含载波噪声（即检波前）为高斯噪声，其电压pdf为：检波后，噪声电压服从瑞利分布，其p

19、df为：虚警概率Pfa为：虚警时间Tfa ：发生虚警的平均时间间隔Pdfv0vT雷达作用距离检测性能与信噪比发现概率Pd的计算有信号时，信号+噪声的电压分布的pdf为：发现概率Pd ：Pdfv0vT雷达作用距离检测性能与信噪比检测曲线虚警概率恒定时，发现概率与信噪比之间的关系。相互关系：SNR不变，vT Pfa Pd vT不变，噪声功率不变 Pfa不变，SNR Pd恒虚警（CFAR）技术：当噪声起伏（功率变化）时，欲使Pfa不变，则vT应随噪声功率而自适应变化。故CFAR技术也是自适应门限技术PdSNR（dB）00.913Pfa=10-6雷达作用距离脉冲积累对检测性能的改善积累的定义对一个目标

20、发射多个脉冲，则雷达受到该目标的多个回波，对回波进行叠加。相参（干）积累与非相参（干）积累相参积累包括中频相参积累和I、Q正交双通道零中频相参积累将相位对齐后进行叠加（一般采用DFT）。 n个脉冲相参积累后，信号幅度提高到n倍，信号功率提高到n2倍噪声具有随机相位，n个噪声脉冲叠加，噪声功率提高到n倍因此SNR提高n倍。非相参积累由于检波器造成信噪比的损失， n个脉冲非相参积累后，SNR提高n1/2n倍。雷达作用距离脉冲积累对检测性能的改善积累性能的表征积累效率：(So/No)1：单个脉冲检测多需信噪比(So/No)n：n个脉冲积累后检测多需信噪比积累对雷达作用距离的影响：MM/n 雷达作用距

21、离脉冲积累对检测性能的改善积累脉冲数的确定机械扫描（机械扫描天线）相位扫描（相控阵天线）相位扫描的积累脉冲数取决于波束驻留的时间Ts。雷达作用距离脉冲雷达截面积及其起伏特性点目标与分布式目标三维分辨单元：R三维分辨单元大小： R R R 点目标：目标尺寸三维分辨单元点目标特性与波长的关系对球体：2r ，光学区，=r2一般要求处于远场，光学区0振荡区瑞利区光学区雷达作用距离脉冲雷达截面积及其起伏特性目标特性与极化的关系极化散射矩阵复杂目标的雷达截面积分解成独立散射体，然后相干合成雷达作用距离脉冲雷达截面积及其起伏特性目标起伏模型描述起伏的统计规律斯威林模型I型：慢起伏（脉间相关，扫描间独立），振

22、幅瑞利分布；II型：快起伏（脉间独立，扫描间独立），振幅瑞利分布；III型：慢起伏（脉间相关，扫描间独立），振幅2分布；IV型：快起伏（脉间独立，扫描间独立），振幅2分布。目标起伏对检测性能的影响影响检测性能与最优检测方式起伏模型的改进对数正态、RICE分布、K分布、Weibull分布、复合高斯分布雷达作用距离传播过程中各种因素的影响大气传播的影响大气衰减氧气和水蒸气衰减：主要对 10cm氧气：22.24GHz，184GHz；水蒸气：60GHz，118GHz雨雾衰减设晴天雷达接收的功率为Pr0电波单程传播衰减：dB/km设雨天雷达的接收功率为Pr雷达作用距离大气折射与雷达直视距离大气折射的影响

23、引起测角误差和测距误差大气密度随高度的增加而下降电磁波方向向下弯曲（反射率下降、折射率上升） 等效增加视线距离等效地球曲率半径增加 最大直视距离：d0aehaht雷达作用距离大气折射与雷达直视距离地面或水面反射对作用距离的影响直达波与镜面反射波干涉，引起雷达的作用距离随目标仰角呈周期性变化；某些方向Rmax=0，该方向构成盲区。措施采用垂直极化，仅在仰角cTr/2，出现距离模糊，R=c(mTr+tr)/2，判定模糊度m。多重复频率判距离模糊重复频率之间满足关系： ，取m=1。有： 解得：fr1fr2trtr1tr2Tr2Tr1目标距离的测量脉冲法测距三重复频率判距离模糊中国余数定理设fr1:f

24、r2:fr3=m1:m2:m3，用三个重复频率分别测得目标的距离单元号为A1，A2，A3，则目标所在的真实的距离单元为： b1、b2、b3为满足条件的最小整数。目标的真实距离为： 目标距离的测量脉冲法测距舍脉冲法判距离模糊发射高重复频率脉冲，每发射M个脉冲舍弃一个，则回波脉冲每隔M个脉冲缺少一个，根据缺失回波脉冲的位置判断模糊数从缺失发射脉冲位置开始，计数发射脉冲个数至某一发射脉冲后没有回波脉冲结束，该计数值即为模糊度trNTr目标距离的测量调频法测距调频连续波测距主要思路：频率调制时间的变化对应于频率的变化测量收发的频差等效于测量收发的延时收发的延时对应于目标的距离。混频器发射天线放大限幅频

25、率计调频发射机接收天线耦合信号目标距离的测量调频法测距三角波调制不考虑多普勒频率：Tmff0+ftf00ftfr2R/c0fbfb-fb+fbavt目标距离的测量调频法测距考虑多普勒频率：LFMCW性能：距离分辨力：取决于调频带宽最大不模糊距离：对调频非线性度的限制：非线性度U1时， U1/2U1/2U2Ud1Ud2Uo/2-/20目标角度的测量测角方法及其比较测角误差与多值性问题相位差测量误差与测角误差之间的关系。天线间距d越大，相位测量误差对测角误差的影响越小。d2，相位检波器测量相位差02，即：=0+2k ，从而出现测角模糊。兼顾测角精度和测角模糊问题的解决办法：三天线测角 接收机相位检

26、波器接收机d1212接收机相位检波器13目标角度的测量测角方法及其比较振幅法测角 主要包括最大信号法和等信号法最大信号法利用天线波束作圆周扫描时输出脉冲串受到天线方向图的调制的特点，找出脉冲串的最大值出现时刻波束的指向两脉冲间的天线转角为： 特点：简单；测量时波束对准目标，信噪比最大，有利于目标检测；测量精度不高，约为b/5左右；不能判断目标偏离轴线的方向，不利于自动测角。 t目标回波幅度0目标角度的测量测角方法及其比较等信号法测角 采用两个相同且彼此部分重叠的波束，对两个波束收到的同一个目标的回波幅度进行比较，确定目标偏离等信号轴的方向。测角方法：比幅法制定偏角和幅度比值的对应关系表，在测角

27、时进行查表。和差法同振幅和差单脉冲测角。特点：测角精度高，可达b/50；可以判目标偏角方向，自动测角； 较复杂；等信号轴方向非目标回波最大方向，作用距离减小OA方向121212OB方向OC方向ABCO12目标角度的测量波束形状和扫描方法波束形状和扫描方法主要包括扇形波束和针状波束 扇形波束垂直波束宽，方位波束窄，因此方位分辨力高。常用于搜索雷达余割平方波束：同一高度不同距离的目标的回波功率基本相同目标角度的测量波束型形状和扫描方法针状波束水平、垂直波束均较窄，因此方位和俯仰分辨力均高。但扫过一定空域的时间长，搜索能力差。扫描方式：螺旋扫描、分行扫描、锯齿扫描目标角度的测量波束形状和扫描方法天线

28、波束的扫描方法机械扫描利用整个天线系统或其某一部分的机械运动来实现波束扫描。整体天线运动馈源不动，反射体运动馈源运动，反射体不动电扫描不需要机械运动，电信号控制相位扫描、频率扫描、延时扫描目标角度的测量三坐标雷达三坐标雷达同时测量R，；大探测空域（同时快速、高精度）；多目标同时测量一般采用针状波束要求具有一定的数据率（单位之间内雷达对指定探测空域内任一目标所能提供的数据的次数，对单波束雷达，数据率D=1/Ts）单波束三坐标雷达必须在方位角和俯仰角两个方向进行扫描多波束三坐标雷达M个波束，数据率可以提高到原来的M倍；但发射功率必须也提高到原来的M倍。偏焦多波束，射频延时线多波束，中频延时线多波束

29、，脉内频扫系统，数字多波束形成目标角度的测量三坐标雷达高度的测量Raehahtae目标角度的测量自动测角的原理与方法自动测角的原理与方法火控系统目标角跟踪精确测角目标运动产生测角误差 将 转换成误差电压产生控制信号修正天线旋转轴线，使之对准目标。圆锥扫描自动测角系统OO：等信号轴方向；：波束中心偏离等信号轴方向；：目标偏离等信号轴方向；：目标偏离等信号轴方位角；：目标偏离等信号轴俯仰角；：波束中心轴与目标方向夹角对AOB，有：sOOCABDxy0目标角度的测量自动测角的原理与方法 圆锥扫描自动测角系统原理 随t作周期变化。若目标A位于O点，则 = 不随时间而变化。设天线方向图为F()，则接收信

30、号幅度：在 = 附近作泰勒展开，有：sOOCABDxy0目标角度的测量自动测角的原理与方法 测角率（表示单位误差角所产生的调制度）： 分解增加F()增加测角率增加跟踪精度增加但同时等信号轴上的目标回波功率减小，波束交叉损失增加目标角度的测量自动测角的原理与方法圆锥扫描自动测角系统组成： 平时，角跟踪支路关闭，只有距离波门来时打开。目的：避免多个目标同时进入角跟踪系统，造成系统工作混乱。发射机自动距离跟踪伺服系统距离支路接收机方位角鉴相T/R显示器俯仰角鉴相目标角度的测量自动测角的原理与方法AGC电路在圆锥扫描角跟踪系统中的作用：目标越近（截面积越大），回波幅度越强，Uo增加，Um增加，角灵敏度

31、增加AGC：用控制接收机的中放增益，使输出电压的平均值保持不变 tUUoUm0目标角度的测量自动测角的原理与方法单脉冲自动测角系统在一个角平面内，同时发射两个波束，通过对两个波束的回波进行比较，获得目标在此平面内的角误差信号。理论上只需一个脉冲即可确定目标角误差（相对于圆锥扫描），故称为单脉冲。包括比幅（振幅和差）单脉冲和比相（相位和差）单脉冲。振幅和差单脉冲雷达角误差信号：波束1波束2天线轴向0(a). 两馈源重叠波束和波束天线轴向F()0F1()F2()(b). 和波束F()0-+差波束天线轴向-+(c). 差波束目标角度的测量自动测角的原理与方法和差比较器与和差波束：发射时，馈送到端，1

32、、2端输出同相信号，接收时，回波同时被两个波束接收， 端输出两信号之和，端输出两信号之差目标角度的测量自动测角的原理与方法和差通道的回波幅度分别为：设目标的误差角为，则对E在=0附近进行泰勒展开，有：E的相位与E1和E2中较大的相同，表明了目标偏向较强的波束一边通过相位检波器获得和差之间的相位差。U=KdU cos， =0 or E的大小则表明了误差偏角的大小。振幅和差单脉冲雷达中，和波束用于检测，并作为比幅测角的比较标准；差波束则主要用于测角。目标角度的测量自动测角的原理与方法单平面振幅和差单脉冲雷达：双平面振幅和差单脉冲雷达：在方位和俯仰两个方向进行角跟踪。通常包括和通道、方位差通道、俯仰

33、差通道和差矛盾：测角灵敏度取决于差斜率，和差波束不能同时达到最佳采用五喇叭馈源或多模馈源。混频器中放自动距离跟踪相位检波器AGC本振混频器中放检波器视放收发开关发射机伺服系统显示器12目标角度的测量自动测角的原理与方法相位和差单脉冲雷达两天线间距为d，利用行程差引起的相位差测角误差。E1E2EE混频器中放90移相相位检波器AGC本振混频器中放检波器视放收发开关发射机伺服系统测距和显示12d目标角度的测量自动测角的原理与方法圆锥扫描系统与单脉冲系统的比较角跟踪精度圆锥扫描系统至少需要一个圆锥扫描周期，单脉冲角跟踪系统只需要一个脉冲即可测量，因此单脉冲系统受噪声和干扰的影响小，测量精度更高。天线增

34、益和作用距离单脉冲雷达不存在波束交叉损失，因此天线增益和作用距离均优于圆锥扫描雷达。角信息和数据率单脉冲雷达优于圆锥扫描雷达。抗干扰能力单脉冲雷达比圆锥扫描雷达更不易受应答式干扰的影响。复杂度单脉冲雷达需要多个波束和多路处理，而圆锥扫描雷达只需一路，因此更简单。目标角度的测量习题说明测角的物理依据，振幅法测角和相位法测角的基本原理。说明AGC电路在圆锥扫描角跟踪系统中的作用。说明比幅和比相单脉冲角跟踪的基本原理。采用三天线相位法测角。已知d12=/2，d13=3.5，目标偏离法线方向角，当不存在误差时，12与13的理论值均为60。由于实际存在误差，测得12 =64， 13 =66，求实际的角。

35、设目标距离为100km，天线高度为5m，目标仰角为2 ，求目标高度。圆锥扫描角跟踪系统中，画出图中三个目标A(1,1)，B(-2,2)，C(0,-3)的接收机输出脉冲序列。并指出哪个目标的调制深度最大、哪个最小，各视频脉冲序列的最大值出现在哪个时刻？x(t=0)yOABCs=5 rad/s第八章第八章 运动目标检测及测速运动目标检测及测速多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应连续波雷达发射信号：目标回波信号：对固定目标：距离R为常数，回波与发射信号之间的相位差为常数。对运动目标：R(t)=R0-vrt，tr=2R(t)/c，因此，回波与发射信号的相位差为：收发频率差为：窄带信号的多普勒效应近似

36、于单载频常规脉冲信号的多普勒效应运动目标检测及测速多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒信息的提取连续波多普勒雷达当Ur0.5frt0-f0f00f0t-f0f00fTr0t-f0f00f连续波单载频无限长脉冲串-(f0+ fd)f0+ fd0f0t动目标回波单载频脉冲0t动目标回波检波器输出- fd fd0ffr运动目标检测及测速多普勒效应及其在雷达中的应用矢量图分析出现盲速条件：fd=mfr,m=1, 2, 3,。出现频闪条件：fd0.5fr高速目标可以从单个脉冲测速，因此无盲速和频闪现象。 Uo Ur2tu0 Ur1 频闪 Uo Ur1tu0 Ur2 盲速运动目标检测及测速动目标显示雷达的工

37、作原理及组成基本工作原理获得相参振荡电压的方法包括自激振荡式和主振放大式两种类型（1）中频全相参（干）动目标显示针对主振放大式发射机。结构特点：相参振荡器，相位检波器，对消器功能特点：频率稳定度高脉冲功率放大器T/R连续波振荡器混频器中频相干振荡器相位检波器上变频器对消器脉冲调制器中频放大器二次画面一次画面f0fcfc相参电压回波信号f0+ fdf1 =f0+ fc本地振荡中频脉冲fc- fd运动目标检测及测速动目标显示雷达的工作原理及组成（1）锁相相参（干）动目标显示针对自激振荡式发射机，包括高频锁相和中频锁相两种方式。高频锁相：高频稳度要求高Q值，而高Q值的锁相时间长。中频锁相：能够克服高

38、频锁相的矛盾。磁控管发射机T/R定时器混频器中频相干振荡器相干检波器锁相混频器对消器脉冲调制器中频放大器二次画面一次画面稳定本振中频锁相磁控管振荡器T/R连续波相干振荡器接收机与相位检波器定时器视频脉冲输出f0回波信号f0+ fdf0高频锁相运动目标检测及测速杂波频谱及动目标显示滤波器目标回波和杂波的频谱特性杂波频谱：以fr为周期；展宽：杂波内部运动；天线扫描调制；脉间不稳定性；发射频率偏移杂波抑制：即杂波白化动目标杂波0frfdfdt目标地杂波杂波抑制滤波器运动目标检测及测速杂波频谱及动目标显示滤波器动目标显示滤波器对消器：一次对消器，二次对消器，多次相消器，抑制运动杂波滤波器。对消器阶数越

39、多，滤波器凹口可以设计得越窄，越有利于低速动目标检测。一次对消器的频率响应：抑制运动杂波滤波器的频率响应：x(n)延时Tr+-xo(n)0frfdfdt目标地杂波一次对消器多次对消器x(n)延时Tr+-xo(n)ej0fdc+frfdfdt目标地杂波抑制运动杂波滤波器fdc运动目标检测及测速盲速、盲相的影响及解决途径盲速、盲相的影响及解决途径速度模糊：盲速与频闪盲速的条件：n=1时称为第一盲速。经过对消器后输出为零。频闪的条件： fd0.5fr最大不模糊速度与最大不模糊距离之间的关系实际中二者难以兼顾，必须解速度模糊或解距离模糊。运动目标检测及测速盲速、盲相的影响及解决途径参差重复频率消除低盲

40、速发射采用多个重复频率交替发射，接收通过对消器时，只有同时满足两个重复频率出现盲速的条件时才会出现盲速。设采用两个重复频率后出现第一等效盲速对应的条件为：式中，n1，n2互质。令Tr1=n1， Tr2=n2，当不采用参差重复频率时，平均重复周期为(Tr1+Tr2)/2。此时第一盲速为：采用参差重复频率后，第一等效盲速对应的多普勒频率为：因此，第一等效盲速提高的倍数为：t0Tr1Tr2运动目标检测及测速盲速、盲相的影响及解决途径参差重复频率对MTI性能的影响一次对消器的频率响应：两个一次对消器的频率响应的合成，引起响应的不平坦。fd01/Tr12/Tr13/Tr14/Tr1fd01/Tr22/T

41、r23/Tr24/Tr25/Tr2fd0运动目标检测及测速盲速、盲相的影响及解决途径盲相：包括点盲相和连续盲相点盲相：在某些相邻脉冲回波幅度相等，经对消器对消后输出为0原因：脉冲雷达回波是对连续波雷达回波的采样 Uo Ur1tu0 Ur2 点盲相 对消器输出为0运动目标检测及测速盲速、盲相的影响及解决途径连续盲相：相邻脉冲回波幅度几乎相等，经对消器对消后输出幅度小原因：在强杂波或干扰背景下，经过限幅器后输出脉冲幅度几乎不变。 Uc+Uo Ur1tu0 连续盲相 对消器输出很小运动目标检测及测速盲速、盲相的影响及解决途径解决盲相方法： 盲相的根本原因是对消器输出为相邻重复周期回波信号差矢量在基准

42、电压方向投影所造成。因此若不进行投影，直接取出差矢量，就可以解决盲相问题。中频对消直接取出中频对消输出，然后检波。保证消除运动目标，则需要满足：运动目标检测及测速盲速、盲相的影响及解决途径解决盲相方法： 盲相的根本原因是对消器输出为相邻重复周期回波信号差矢量在基准电压方向投影所造成。因此若不进行投影，直接取出差矢量，就可以解决盲相问题。正交双通道处理通过正交解调获得基带I、Q分量（即回波信号在两个互相正交的方向的投影），能够完整无模糊地表达信号。本振混频器中频信号90度移相混频器低通滤波器低通滤波器I支路ADCQ支路数字对消器ADC数字对消器求模显示运动目标检测及测速盲速、盲相的影响及解决途径

43、正交双通道处理矢量图对消后结果为U的大小，而非U 在U0方向投影的大小，因此可以避免盲相问题。正交解调前后的频谱图 Uo Ur1 Ur2 U 0fi-fi 0ff运动目标检测及测速MTI雷达的工作质量及质量指标质量指标改善因子（IF）信杂比改善 对采用多个多普勒滤波器的杂波抑制系统，在每个滤波器对应的目标多普勒频率处定义信杂比改善。杂波中可见度（SCR） 定义为在给定发现概率和虚警概率条件下，检测到叠加在杂波上目标时的杂波与目标的功率之比。运动目标检测及测速动目标检测MTD雷达对MTI雷达的改进增加了多普勒滤波器组，使系统接近于最佳匹配滤波，同时通过相参积累提高信杂比；增大了信号处理的线性动态

44、范围； 对消器前的中放采用限幅中放，或采用线性MTI，用存储的杂波图控制中放增益。能抑制地杂波和运动杂波；能用杂波图检测切向飞行目标。运动目标检测及测速动目标检测多普勒滤波器组白噪声背景下的最优滤波：匹配滤波器 考虑一般情况下，a为未知，取 ，同时，考虑fd为未知，取 ，进行尝试匹配，即等效为为FFT多普勒滤波器组的处理。fdtfdc+ fr0fdfdcMTD：带通滤波器组常采用FFT来实现经典的地面动目标检测技术AMTI（一维滤波器）fdtAMTI：自适应带阻滤波器fdc+ frfdfdt目标地杂波fdc0运动目标检测及测速习题测速的物理依据是什么？相干动目标显示雷达与普通雷达相比，其主要区

45、别是什么？用矢量图描述盲速和频闪现象，说明出现盲速和频闪的条件。说明解决测速模糊的方法。描述雷达的杂波谱及MTI滤波器抑制杂波的原理。已知MTI雷达波长为3cm，最大不模糊距离Rmax=50km，若要测定速度小于700m/s的动目标，问有无测速模糊？若要克服速度模糊，采用双参差重复频率，问怎样设计重复频率？作图描述常规脉冲多普勒雷达的发射信号频谱和运动目标的回波频谱。课程设计设计一雷达系统，对1m2目标，要求探测距离为10km，发射波形为常规脉冲，方位角分辨力为2，俯仰角分辨力为20 ，距离分辨力为15m。要求：设计和计算雷达系统的各项参数，包括工作频率、发射功率、接收机灵敏度、天线孔径和增益

46、，脉冲重复频率、相参积累时间等。分析系统的最大不模糊速度和最大不模糊距离、计算系统的速度分辨力。在学完雷达系统脉冲压缩相关内容后，设计线性调频波形，使雷达的作用距离增加到200km，距离分辨力达到3米。并画出单一目标回波经过脉冲压缩后的波形。复习 第一章：雷达的任务和基本组成；测距、测角和测速的基本原理；雷达的分辨力；雷达面临的主要威胁。复习 第二章：雷达发射机的任务和基本组成；雷达发射机的类型；雷达的分辨力；雷达发射机的主要质量指标（频率、输出功率、总效率、信号形式、稳定度或频谱纯度）复习 第三章：超外差接收机的基本组成；接收机主要质量指标（灵敏度、带宽、动态范围等）；接收机的噪声系数和灵敏度；AGC、IAGC、STC等电路的作用；匹配滤波器复习 第四章：雷达显示器类型及其坐标含义；复习 第五章：雷达距离方程；最小可检测信号表示的雷达方程；门限检测；检测性能和信噪比；脉冲积累对检测性能的改善；传播过程中各种因素的影响，雷达最大直视距离；复习 第六章：脉冲法测距，距离盲区和最大不模糊距离；距离分辨力；双重复频率判距离模糊的方法；调频法测距；距离跟踪（人工、自动）；自动距离跟踪系统的结构